摘 要

机床是一个国家制造业水平的象征，五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术，而数控回转台是五轴联动机床的重要部件，五轴联动数控机床系统代表了机床制造业的最高境界。从某种意义上来说，它反映了一个国家的工业发展水平状况。因此五轴联动木工雕刻机双回转头的结构设计对于推动数控技术的发展、五轴联动数控机床系统的研究及其向平民化的发展具有现实的指导意义。

本文首先介绍了国内外对五轴联动机床的研究分析情况及发展意义，然后系统分析工作台的工作原理并作整体方案设计。继而对双回转工作台各个部件进行了结构设计、选型、零件校核以及对各自的性能进行了分析，按照机械设计相关的要求进行设计，完成了相关的机械设计部分，为三维软件Pro/E进行绘制组装图和重要零件图提供了相关的技术数据。最后确定总体方案，绘制总体装配图。

关键词：五轴联动 电主轴 伺服电机 蜗杆

Abstract

Machine tool is the symbol of a country manufacturing level, five-axis linkage CNC numerical control technology is the most difficult, the most widely application scope, technology, and the nc rotary table is an important part of five-axis linkage machine tool, five-axis linkage CNC machine tools system represents the highest state of the machine tool manufacturing. In a sense, it reflects a country's level of industrial development. So five-axis linkage woodworking engraving machine structure design of double turn in promoting the development of numerical control technology, five-axis linkage CNC machine tools system research and development is of great realistic significance to civil.

This article first introduces the analysis of five-axis linkage machine tool research situation at home and abroad and the development significance, and then the working principle of system analysis workbench and the overall design scheme. Then the parts of double rotary table structure design, type selection, parts checking and analyzes their respective performance, in accordance with the requirements of the mechanical design related to design, completed the related mechanical design part, for the 3 d software Pro/E to map the assembly diagram and important parts provided the relevant technical data. Finally determine the overall scheme, draw the overall assembly drawings.

Keywords ： Five-axis linkage Motorized Spindle Servo motor worm

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

1.前 言 1

1.1课题提出的背景和意义 1

1.2国内外研究的状况及分析 2

1.2.1国外研究情况 2

1.2.2国内五轴联动数控机床的发展 3

1.3五轴联动数控机床的分类及其特点 3

1.3.1双旋转工作台的高速五轴机床 3

1.3.2摆动主轴头加旋转工作台的高速五轴机床 4

1.3.3双旋转主轴头的高速五轴机床 5

1.3.4数控回转工作台的原理 5

1.4毕业设计的目的、要求及内容 7

1.4.1本次毕业设计的目的 7

1.4.2毕业设计的具体要求 7

1.4.3毕业设计主要研究内容 8

2.回转工作台的传动方案 9

2.1回转工作台的传动机构性能要求 9

2.2回转工作台的传动方案与分析 9

2.2.1齿型带传动机构 9

2.2.2齿轮传动机构 10

2.2.3蜗杆传动机构 10

2.2.4零传动机构 10

3.回转工作台的结构设计 11

3.1伺服系统的选择 11

3.1.1闭环伺服系统的工作原理 11

3.1.2进给机构的选择 11

3.2齿轮传动机构的结构设计 13

3.2.1齿轮传动机构的侧隙的调整 13

3.2.2齿轮传动机构的结构设计 14

3.3蜗轮蜗杆传动机构的结构分析 18

3.3.1蜗轮蜗杆的传动类型 18

3.3.2蜗轮蜗杆传动间隙的调整 18

3.4.蜗轮蜗杆传动机构的结构设计 20

3.4.1选择蜗杆传动类型 20

3.4.2选择材料 20

3.4.3蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 21

3.4.4校核齿根弯曲疲劳强度 22

3.4.5精度等级公差和表面粗糙度的确定 22

3.5数控回转工作台的关键部件的简单介绍 22

3.5.1润滑与密封装置 22

4.主轴部件设计 24

4.1主轴部件结构设计 24

4.1.1电主轴的选用 24

4.1.2电主轴的固定装置 24

4.2电主轴 25

4.2.1电主轴概述 25

4.2.2电主轴的性能参数 27

结 论 30

致 谢 31

1.前 言

1.1课题提出的背景和意义

机床是一个国家制造业水平的象征，五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术，而数控转台是五轴联动机床的重要部件，其作用是按照控制装置的信号或指令作回转分度或连续回转进给运动，以使数控机床完成指定的加工工序。代表机床制造业最高境界的五轴联动数控机床系统，从某种意义上来说，反映了一个国家的工业发展水平状况[1]。但长期以来，以美国为首的西方工业发达国家，一直把五轴联动数控机床系统作为他们重要的战略物资，由于五轴联动数控机床系统价格十分昂贵，加之NC程序制作较难，使五轴系统难以“平民”化的应用。

用数字控制技术进行机械加工的思想源于20世纪40年代美国飞机制造业。当时，由于飞机制造使用仿形机床，需制作大量昂贵的靠模和样件，制造周期长，更新品种非常困难。1947年，美国帕森斯（Parsons）公司在研制加工直升飞机叶片轮廓检查用样板的机床时，为了提高精度和效率，提出了数控机床的初始设想[2]。在美国空军的经费支持下，帕森斯公司和麻省理工学院伺服机构研究所共同研制了第一台数控机床。1959年，晶体管的问世，数控系统广泛采用晶体管和印刷电路板，数控系统进入了第二代。1965年，出现了小规模集成电路，使得数控系统进入了第三代。随着自动控制技术、微电子技术、计算机技术、精密测量技术及机械制造技术的发展，数控机床得到了迅速发展，不断地更新换代。数控系统的发展，至今已经经历了五代。

随着计算机技术的发展，数控机床不断采用自动控制技术、微电子技术、计算机技术、精密测量技术及机械制造技术等领域的最新成就，因此它的性能日臻完善，应用领域日益扩大。同时，为了达到现代机械制造技术对数控技术提出的更高的要求，当前，世界数控技术及其装备正朝着以下的几个方向发展：1.高速、高效和高精度；2.高可靠性；3.模块化、智能化、柔性化和集成化；4.开放性；5.出现新一代数控加工工艺与装备。

正是在这种时代发展背景的要求下，数控回转工作台也得到了相应的长远发展，由以前的纯机械类向目前的机电一体化方向发展，成为数控技术生产的主要动力。而数控回转工作台的发展，提高了加工精度和产品质量，减少了工人的劳动强度，解放了生产力，提高了生产率，便于生产的管理[3]。

数控回转工作台除了可以实现数控机床的圆周进给运动之外，还可以完成精确的自动分度运动,扩大了数控机床的加工范围。数控回转工作台与X、Y、Z三个坐标轴联动，它以水平方式安装于主机工作台面上，工作时，利用主机的控制系统或专门配套的控制系统，完成与主机相协调的各种加工的分度回转运动。工作台上可安装板、盘或其它形状较复杂的被加工零部件，从而实现等分的和不等分的连续的孔、槽以及曲面的加工，且能达到很高的精度[4]。另外也可和非数控机床配套，利用专门配套的控制系统，独立完成等分的，不等分的以及连续的分度、圆弧曲弧曲面的加工，它是各类数控机床理想的配套附件。

据了解，到2012年底，国内用于家具生产的木工雕刻机产品正趋向高档化。据不完全统计，目前我国年产木材8000万立方米，人造板材约800万立方米，现有大小小的家具生产厂约4万多家，装饰市场年需木材总额为1000亿元，年增长率约为12%，每年对木工雕刻机的需求达120亿元人民币。拜中国经济腾飞所赐，近几年来国内木工雕刻机行业取得了突飞猛进的发展。据有关数据显示，从2011年起，中国木工雕刻机产值已连续两年位居全球第一，占有率达40%以上[5]。2012年，尽管受到国内外经济下行的负面影响，中国木工雕刻机行业的同比增速出现了下滑态势，但数据显示，2012年中国木工雕刻机行业完成工业总产值8211.43亿元，同比增长25.40%，整体上仍呈现出较快的发展速度。另一个值得关注的是，2012年华东地区木工雕刻机相关产品的经营规模也跃居全球同行业的前列，成为了中国行业的又一个骄傲。

目前数控回转工作台已广泛应用于数控机床和加工中心上,它的发展趋势是：